磁悬浮轨道梁均匀温度及温差分量极值研究

与一般公铁桥梁不同,磁悬浮轨道梁的温度场会受到周围磁场与功能件升温的影响。由于我国规范暂未对磁浮轨道梁均匀温度和温差分量的极值作出明确规定,研究具有概率保证的温度分量代表值具有重要意义。根据长沙磁浮运营线某混凝土箱梁1年多的现场温度监测数据,分析梁体均匀温度与竖向等效线性温差的时变特征。研究分别采用单变量线性回归法(ULR法)和梯度提升回归树法(GBRT法)建立基于气象因素的结构温度分量预测模型,对比发现GBRT法不仅能提高均匀温度的预测精度,还能克服ULR法无法预测竖向等效线性温差的局限性。而后将1960—2019年的长期气象数据输入到建立好的GBRT预测模型中,得到磁浮箱梁各温度分量60年的长期预测值,经整理后得到均匀温度和竖向等效线性温差的日极值、年极值样本。结合最大熵极值模型和Fourier函数得到各温度分量的日极值时变曲线,对年极值样本建立最大熵模型并确定百年重现期下的温度分量代表值。研究结果表明:磁浮箱梁均匀温度呈现以年为周期的季节性变化,竖向等效线性温差受太阳辐射影响,呈夏季高、冬季低的特点;百年重现期下磁浮箱梁均匀温度和竖向等效线性温差的代表值分别为44.4℃、8.6℃。该方法结合GBRT算法和最大熵极值模型,解决了极值分析中年极值样本不足的问题,结果可为磁浮轨道梁的温度变形设计提供参考。

高速磁悬浮轨道板高精度整体预制关键技术

基于某高速磁悬浮试验线工程,针对传统预制工艺复杂、梁体运输困难等缺陷,开展了高速磁悬浮轨道板高精度整体预制关键技术研究,开发了预制高精度高速磁悬浮轨道板的专用模具和高精度集成功能区定位技术。结果表明:精确合模卡位技术可有效保证梁板的尺寸精度,提高施工效率;高精度集成功能区定位技术大大提升了各部件的定位准确程度,显著简化了后续施工流程,精度和效率都得到了保障;该技术具有明显的时间经济效益、技术经济效益和社会效益。

太阳帆日心悬浮轨道附近的相对运动

研究悬浮轨道附近的编队飞行问题,推导了悬浮轨道附近的相对运动方程．由于编队太阳帆之间的距离与帆到太阳的距离的比值为小量,将相对运动方程在悬浮轨道附近线性化,得到了线性化方程．基于该线性化方程,考虑了悬浮轨道附近的几种编队控制方法,只需通过调节太阳帆的姿态来进行简单的控制．其中包括一种被动编队控制策略,该控制策略具有实现简单、稳定区域大的特点,具有很好的工程应用前景．最后基于非线性方程对每种编队策略进行了数值仿真验证,数值结果表明该控制方法能实现编队．

太阳帆航天器悬浮轨道动力学与控制

基于线性动力学模型和非线性动力学模型,研究了太阳帆航天器日心悬浮轨道保持与控制问题.首先,推导出了柱坐标形式的太阳帆动力学方程,并在参考悬浮轨道附近线性化以建立状态方程,然后对状态方程进行可控性分析.通过合理选择控制变量加权矩阵R,用线性二次型调节器(LQR)对线性模型进行控制.将得到的控制律代入非线性模型中进行验证,表明该控制律渐近稳定,并且具有良好的控制精度,可实现太阳帆悬浮轨道控制.

行星悬浮轨道附近的编队

研究了不同类型的地球和火星悬浮轨道附近的相对运动.首先,推导了悬浮轨道附近的相对运动方程并将相对运动方程在悬浮轨道附近线性化.利用两种半自然编队控制率进行编队控制,其中一种为被动控制,对工程应用有很大的价值.在两种控制率下,讨论了每种悬浮轨道的稳定区域.由于两种控制率都不能满足特殊的火星悬浮轨道任务要求,于是,根据该任务的要求设计了一种特殊的半自然控制率.该控制率既能满足编队任务的要求也能使相对运动稳定.

磁悬浮轨道长波不平顺测试数据的预处理及时域分析

在进行数字信号分析中,首先必须要对信号进行预处理。这样一方面是对该信号的特性作判定,以便采用何种方法来进行处理,因为工程项目中的信号其不确定性因素很多,所采用的方法也不同,这应该是对信号定性的工作;同时做预处理也是对信号中一些由于机器、人为操作造成的异常数据的剔除,这可以归结为对信号定量的工作。根据对磁悬浮轨道长波不平顺测试数据的预处理,从而判定其为非平稳随机数据,针对该种数据的特性,采用现代信号时频分析的方法对其作进一步分析。

太阳帆悬浮轨道附近的编队

研究了利用太阳帆实现悬浮轨道附近编队飞行。考虑到相对运动距离与帆到太阳距离相比非常小,一阶近似得出了在主星坐标系中线性定常的相对运动方程。通过分析线性化的运动方程得出了相对运动的定性特征,给出了不同轨道附近的相对运动的稳定特性。讨论了原非线性相对运动方程的周期解的计算算法,给出了编队的初值条件。

基于混合推进的地球同步悬浮轨道设计

为了满足特定任务对悬浮轨道航天器长期运行的需求,文章研究了基于太阳能电推进(SEP)和太阳帆混合动力的地球同步悬浮轨道的推进技术。首先推导了混合推进下太阳帆姿态角与SEP系统加速度之间的关系式;然后对其一阶最优性条件求解单变量极值问题,得到太阳帆姿态角的控制律以及SEP系统的加速度的极小值;最后进行了算例仿真。仿真结果显示,相对于仅采用太阳能电推进的航天器,采用混合推进策略运行一年,可以节省约57%的燃料。所设计的混合推进策略达到了节省燃料、提高航天器在轨寿命的目的,可以很好地实现现阶段地球同步悬浮轨道的要求。

电帆日心悬浮轨道稳定控制

电帆作为一种无需消耗推进剂即可长期产生连续推力的新颖推进方式,能够实现一些使用传统推进技术很难实现的任务,如悬浮轨道。在简要介绍和分析悬浮轨道特性及形成条件基础上,发现该轨道是一种临界稳定状态,轻微的初值扰动或外界干扰即会导致轨道破坏。而电帆利用太阳风获取推力来源的工作机理决定其受强烈的环境干扰,实际中无法实现稳定的悬浮轨道。提出一种只改变推力大小而不改变推力方向的轨道保持策略,基于最优状态调节器(LQR)的方法实现该控制策略,仿真结果表明该轨道保持策略能较好地维持悬浮轨道运行,且对初值扰动及环境干扰具有较强的鲁棒性。

磁悬浮轨道交通中的磁悬浮导向方式研究综述

更快速、安全、舒适和环保的出行方式一直是人类所追求的。在这一大背景下,磁悬浮轨道交通引起了大众广泛关注和学界的深入研究。本文试图对磁悬浮轨道交通技术中磁悬浮导向方式及其对应车轨结构的研究现状做一个全面的总结,提出两种新型混合式磁悬浮导向车轨结构,并对磁悬浮导向方式的未来发展趋势进行展望。首先,本文概述了现有各类磁悬浮轨道交通技术的研究现状。然后,对磁悬浮轨道交通技术中各种磁悬浮导向方式进行了归纳总结,分析了各种磁悬浮导向方式的原理结构和特点;在此基础之上,以七条磁悬浮线(两条商业运营线,五条实验/示范线)为例,对各种磁悬浮导向方式进行了技术特征总结和对比。接着,提出了基于永磁斥力式和电磁吸力式混合磁悬浮导向的新型车轨结构、基于永磁斥力式和超导钉扎力式混合磁悬浮导向的新型车轨结构,并分析论述了两种新型车轨结构的原理和优势。最后,展望了磁悬浮轨道交通技术中磁悬浮导向方式的未来发展趋势。

永磁悬浮轨道侧向力控制系统的DMC-PID控制策略

针对永磁悬浮轨道弯道侧向力控制系统的大惯性、纯滞后以及非自衡等特点,提出一种DMC-PID串级控制的永磁悬浮侧向力控制策略。结合PID的快速响应能力和DMC预测控制的抗干扰能力强优点,二者优势互补。对比传统PID控制策略、DMC-PID串级控制策略在永磁悬浮侧向力控制系统中的动态性能。仿真结果表明:DMC-PID串级控制策略较传统PID控制策略控制效果更优,具有侧向力波动更小、调节时间更短以及响应速度更快等优点,表现出良好的跟随性和抗干扰能力。在永磁悬浮列车转弯时,采用DMC-PID串级控制策略能够较快通过控制数字液压缸的伸缩使得车载磁体与磁轨磁体对中,侧向力趋近于目标值0 N,较大程度提高永磁悬浮列车的平稳性。

混合推进航天器行星悬浮轨道附近编队构型保持研究

针对库仑力—太阳帆混合推进的航天器在行星悬浮轨道附近编队保持控制问题进行了研究.首先,建立了在行星悬浮轨道附近的航天器编队动力学模型,然后对模型进行线性化处理,推导出航天器编队相对运动方程.设计积分滑模编队飞行控制器,通过调节太阳光压力及星间库仑力对编队构型进行保持控制,具有响应速度快和对系统模型依赖小的特点.数值仿真表明存在扰动的情况下,该控制方法能实现行星悬浮轨道附近编队保持控制.

日心悬浮轨道混合推进航天器编队构型保持研究

针对混合推进航天器编队日心悬浮轨道保持控制问题进行了研究.首先推导出在日心悬浮轨道附近的航天器编队相对运动方程,考虑到航天器间距离变化值较小且航天器间距离与航天器到太阳的距离的比值为小量,将其在悬浮轨道附近线性化.基于该线性化方程,设计了一种LQR编队控制方式,该控制方式可通过调节太阳帆的姿态及航天器间库仑力的大小对编队构型进行改变或保持,具有响应速度快和控制简单的特点.最后对控制律进行数值仿真,表明该控制方法能实现编队.

行星悬浮轨道保持控制研究

针对太阳帆航天器行星悬浮轨道保持控制问题进行了研究.首先,建立了柱坐标系下太阳帆动力学模型;然后,对模型进行线性化处理,推导出太阳帆状态方程;接着,设计线性二次型调节器(LQR)及基于遗传算法(GA)改进的控制器,对出现扰动的轨道进行控制;最后,通过仿真结果对比,表明上述控制器均可实现轨道保持控制,且基于GA改进的LQR性能明显优于传统LQR.

磁悬浮轨道梁模板制作与工艺控制

介绍上海市磁悬浮轨道交通线工程磁悬浮轨道梁模板的制作与工艺控制方法,探讨高精度模板加工工艺控制。

连续小推力非开普勒悬浮轨道研究综述

连续小推力非开普勒悬浮轨道在深空探测与地球极地观测任务中有着重要的应用前景。归纳了电推进、太阳帆推进等连续小推力技术的发展历程与现状;阐述了日心、行星悬浮轨道的动力学特性、稳定性、轨道保持策略;分析了三体问题下人工拉格朗日点的优势及其在深空探测方面的应用;讨论了悬浮轨道编队飞行的研究方法与控制策略。最后针对小推力悬浮轨道研究发展面临的难题,提出了研究新思路和应用新方向。

磁悬浮轨道几何参数测量方法研究

针对国内磁悬浮轨道几何参数测量技术发展滞后、第一代磁悬浮轨检设备量值溯源困难等问题,该文建立一套直接影响磁悬浮列车运行稳定和安全的几何参数评价体系,提出基于激光跟踪仪的磁悬浮轨道几何参数静态标定方法和磁悬浮轨检设备的比对办法。在唐山国家中低速磁浮交通试验基地的现场测量和比对实验表明,激光跟踪仪现场测量的扩展不确定度为0.50 mm,基于激光跟踪仪的现场实验比对可以有效地揭示磁悬浮轨检设备的系统误差,为新出现的磁悬浮轨检设备进行整体量值溯源提供新的思路。

磁悬浮轨道梁结构温度变形的发展与研究

介绍了磁悬浮轨道梁结构温度变形的发展现状与研究前景,对轨道梁的结构、材料、精度要求以及工程中出现的问题做了全面的阐述,并提出了一种适合磁悬浮列车轨道梁的温度梯度模式,以便及时地为工程设计提供经济、准确的依据和指导。

含扁率的希尔型三体系统太阳帆悬浮轨道设计

在考虑大天体含扁率的情况下,研究了太阳帆在希尔型限制性三体问题的悬浮轨道设计方案.首先介绍一种太阳帆力学模型,这种模型带有改进型的反射控制设备;接着利用一些近似的简化,建立太阳帆在希尔型限制性三体问题系统中的动力学模型.研究发现,改变反射控制设备中吸收光线模块和热辐射模块的面积大小或者改变太阳帆特征加速度或者改变大天体扁率都会引起系统的共线平衡点的位置发生变化.在共线平衡点对系统进行线性化处理,运用线性二次调节器对不稳定的系统进行主动控制.仿真结果表明,通过调节太阳帆姿态角和改变吸收光线模块的面积可以得到太阳帆悬浮轨道并且使其达到渐近稳定.

磁悬浮轨道钢枕新型防腐蚀技术通过鉴定

由中国腐蚀与防护学会组织的“微纳米粉末复合渗锌防腐蚀技术在钢枕及连接铁件中的应用”鉴定会近日在北京举行。中国工程院院士徐滨士教授等中国腐蚀与防护学会专家等组成的鉴定委员会对该项技术进行专业鉴定，认为该技术已达到国内领先水平。